基于ARM9與Linux的門禁監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計

摘要：提出了一種可配置、功耗低的門禁監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計方案，該方案基于ARM9與Linux相結(jié)合的軟硬件平臺，同時結(jié)合CGI技術(shù)實現(xiàn)。系統(tǒng)由前端撮像頭，讀卡器，門禁控制器以及客戶端組成。人員出入的時候，經(jīng)刷卡后將卡內(nèi)信息傳輸?shù)介T禁控制器，門禁控制器檢測卡權(quán)限是否合法以決定是否開門，同時控制前端攝像頭攝錄圖片傳輸?shù)介T禁控制器存儲并進行日志記錄。用戶可以在客戶端通過Internet訪問門禁控制器，進行人員信息的錄入和日志訪問等。與傳統(tǒng)方法相比，該方案設(shè)計在易操作和低成本上具有明顯優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞：嵌入式；門禁；ARM9；CGI；boa服務(wù)器；Berkeley DB

    門禁，又稱出入管理控制系統(tǒng)，是一種管理人員進出的數(shù)字化管理系統(tǒng)。目前，隨著工業(yè)自動化的發(fā)展和人們對應(yīng)用需求的不斷提高，門禁監(jiān)控系統(tǒng)得到了越來越多的應(yīng)用，但傳統(tǒng)的門禁監(jiān)控系統(tǒng)一般采用門禁控制和視頻圖片攝錄相分離的實現(xiàn)辦法，這給現(xiàn)場布線帶來了很多的不便，同時其成本也會大大提高。
    在該方案中提到的基于ARM9與Linux的嵌入式門禁監(jiān)控系統(tǒng)集門禁控制和圖片攝錄功能于一體，并詳細描述了其系統(tǒng)的軟件設(shè)計。
    本門禁系統(tǒng)使用B／S軟件架構(gòu)，采用嵌入式服務(wù)器boaserver，結(jié)合CGI技術(shù)，嵌入式數(shù)據(jù)庫以及嵌入式圖形庫來實現(xiàn)門禁系統(tǒng)的需求。

1 系統(tǒng)工作原理及組成
1．1 系統(tǒng)工作原理
    本門禁監(jiān)控系統(tǒng)采用B／S架構(gòu)(Browser／Server，瀏覽器／服務(wù)器模式)，基于B／S架構(gòu)工作的門禁監(jiān)控系統(tǒng)首先是一個具有以太網(wǎng)接口的門禁控制器；其次，這個門禁控制器內(nèi)置了以太網(wǎng)TCP／IP協(xié)議和WEB服務(wù)程序；用戶在系統(tǒng)連接時可以把門禁控制器看作是一臺帶有寬帶網(wǎng)絡(luò)接口的計算機，將其直接接入到網(wǎng)絡(luò)交換機上。用戶進行門禁管理時不需要安裝任何附加的軟件，直接通過瀏覽器就可以實現(xiàn)對門禁系統(tǒng)的管理，操作方便簡潔。
1．2 系統(tǒng)組成
    如圖1所示，系統(tǒng)服務(wù)器端由基于ARM9的門禁控制器、讀卡器、電鎖、前端攝像頭等組成，當有人員進出大門刷卡時，讀卡器就能感應(yīng)到有卡并將卡中的信息發(fā)送到門禁控制器，門禁控制器進行卡合法性檢查，通過讀取用戶數(shù)據(jù)庫，查看此卡號是否有對應(yīng)的持卡人信息，如果存在的話，則檢查此卡對應(yīng)的權(quán)限信息，一切匹配成功后，決定是否進行開門動作。從而保證了系統(tǒng)的安全性。此時門禁控制器進行的操作還有圖像攝錄操作，即在開門動作的同時通過前端的攝像頭攝錄圖片，傳送到相應(yīng)的存儲設(shè)備，供用戶訪問。

    客戶端可以通過瀏覽器遠程對門禁控制器即服務(wù)器端進行訪問及相應(yīng)的權(quán)限操作，可實現(xiàn)用戶信息錄入及授權(quán)管理，硬件設(shè)置，出入圖像監(jiān)控，房門開啟，數(shù)據(jù)瀏覽等功能。圖1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型。

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2 門禁控制器硬件設(shè)計
    本系統(tǒng)采用ATMEL公司的AT91RM9200(以下簡稱9200)作為MCU，該處理器基于ARM920T內(nèi)核，工作主頻為180MHz，性能可達到200 MI／S，系統(tǒng)采用開源的LINUX OS。內(nèi)核版本為2．6．25，系統(tǒng)采用1片Nor-Flash，容量為64 MB，2片SDRAM，容量分別為32 MB。如圖2所示，本門禁控制器以ARM9200為核心，同時連接的還有LCD控制器，可連接顯示屏，方便用戶調(diào)試。另外，本門禁系統(tǒng)最多可連接256臺讀卡器及對應(yīng)攝像頭。系統(tǒng)硬件組成示意圖如圖2所示。

3 系統(tǒng)軟件架構(gòu)設(shè)計
    整個系統(tǒng)分為前后臺兩部分，后臺監(jiān)控程序會時刻監(jiān)控讀卡器是否有刷卡信息，并對刷卡信息作出響應(yīng)，前臺則通過boa服務(wù)器調(diào)用CGI服務(wù)程序響應(yīng)客戶端訪問請求。系統(tǒng)功能模型如圖3所示。

3．1 前臺設(shè)計
    系統(tǒng)前臺主要由運行在門禁控制器上的boa Server服務(wù)器和CGI服務(wù)程序構(gòu)成，boa server會時刻監(jiān)視是否有遠程用戶的訪問，當有客戶端訪問請求到達后，會通過boa server配置文件到相應(yīng)目錄下去調(diào)用對應(yīng)的CGI服務(wù)程序，在處理完成后，boa server將處理結(jié)果返回給客戶端。
3．1．1 CGI簡介及工作原理
    CGI全稱是“通用網(wǎng)關(guān)接口”(Colnnlon Gateway Interface)，是一種基于瀏覽器的輸入并在Web服務(wù)器上運行的程序方法。
    CGI的工作原理，首先瀏覽器通過HTML表單或超鏈接請求指上一個CGI應(yīng)用程序的URL。服務(wù)器接收收到請求后，執(zhí)行所指定的CGI應(yīng)用程序。CGI應(yīng)用程序執(zhí)行所需要的操作(通常是基于瀏覽者輸入的內(nèi)容)，并把結(jié)果格式化為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和瀏覽器能夠理解的文檔(通常是HTML網(wǎng)頁)。最后，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器把結(jié)果返回到瀏覽器中。
3．1．2 嵌入式服務(wù)器boa server
    boa Server是一種小型單任務(wù)嵌入式服務(wù)器，支持CGI，可執(zhí)行代碼只有60 kB左右，體積小，速度快，安全性好，能夠滿足本項目的開發(fā)。boa服務(wù)器需要交叉編譯為可在ARM平臺下運行的程序。在pc環(huán)境下，運用交叉編譯器arm-linux-gcc對boa server進行交叉編譯后，需要修改其配置文件boa．conf，關(guān)鍵配置有創(chuàng)建日志文件所在目錄，創(chuàng)建HTML文檔的主目錄，將靜態(tài)網(wǎng)頁存入該目錄下，創(chuàng)建CGI腳本所在目錄，將cgi的腳本存放在該目錄下。[!--empirenews.page--]
3．2 后臺設(shè)計
    當系統(tǒng)運行后，門禁控制器會一直運行主監(jiān)控程序，主監(jiān)控程序存在兩種工作方式，分別為調(diào)試模式和監(jiān)控模式。
3．2．1 調(diào)試模式
    在調(diào)試模式下，可以對門禁控制器進行一些基本的設(shè)置：包括有門禁控制器的IP設(shè)置，系統(tǒng)管理員用戶名及密碼設(shè)置，卡權(quán)限設(shè)置等操作，在此部分，需要配合圖形環(huán)境方便調(diào)試，本系統(tǒng)采用minigui嵌入式圖形庫。
    MiniGUI下的通訊是一種類似于Win32的消息機制，是由某公司開發(fā)的自由軟件，遵循LGPL協(xié)議，可以為嵌入式linux系統(tǒng)建立的一個快速，穩(wěn)定和輕量級的圖形用戶界面支持系統(tǒng)。
3．2．2 監(jiān)控模式
    在工作模式下，后臺駐留程序會時刻監(jiān)視是否有刷卡信息，在檢測到刷卡信息后，后臺駐留程序通過訪問數(shù)據(jù)庫進行卡信息的比對，只有當比對通過后，方可進行門打開動作。
    由于在開門的同時，需要保存圖片至數(shù)據(jù)庫，而此時，可能會存在客戶端對系統(tǒng)存儲圖片的訪問，這會造成對相同數(shù)據(jù)庫的訪問沖突，所以系統(tǒng)在接收到客戶端訪問系統(tǒng)存儲圖片請求的時候，前端CGI服務(wù)程序通過命名管道的進程間通信方式和后臺監(jiān)控程序通信，以獲得數(shù)據(jù)庫訪問句柄，在客戶端訪問結(jié)束后，前端CGI服務(wù)程序會釋放數(shù)據(jù)庫句柄。
    本系統(tǒng)中由于涉及到頻繁的數(shù)據(jù)庫存取操作，基于ARM9的硬件平臺，選用數(shù)據(jù)庫為Berkeley DB數(shù)據(jù)庫，Berkeley DB是歷史悠久的嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，主要應(yīng)用在UNIX／LINUX操作系統(tǒng)上，其設(shè)計思想是簡單、小巧、可靠、高性能，滿足本系統(tǒng)的需求。
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4 系統(tǒng)軟件功能模塊設(shè)計
4．1 用戶信息錄入及授權(quán)管理
    用戶信息錄入及授權(quán)管理由具有管理員權(quán)限的用戶設(shè)置，在客戶端，具有管理員權(quán)限的用戶通過瀏覽器輸入管理員用戶名及密碼，發(fā)送至門禁控制器，門禁控制器在接受到請求后，通過調(diào)用相應(yīng)的CGI服務(wù)程序，檢驗權(quán)限是否合法，確定合法后，進入下一級頁面，在此頁面可以完成用戶信息錄入及授權(quán)管理。
    主要完成的功能有錄入用戶個人信息，及與特定卡綁定，同時授予其卡的權(quán)限，在用戶刷卡開門的時候，首先檢查卡是否有對應(yīng)的持卡人信息以及持卡人信息是否與系統(tǒng)定義的格式吻合，這樣可以防止非法卡的使用。如果這一步匹配成功的話，接下來檢查的是卡所對應(yīng)的權(quán)限信息，包括有此卡可以控制哪些大門的開啟及在哪些時間段可以控制。
4．2 數(shù)據(jù)瀏覽
    系統(tǒng)注冊用戶可以在客戶端瀏覽系統(tǒng)授權(quán)信息，同時只有管理員權(quán)限的用戶才可以對系統(tǒng)注冊用戶進行刪除。
4．3 硬件設(shè)置
    管理員用戶可以在客戶端對門禁控制器系統(tǒng)進行遠程測試和設(shè)置。分別為根據(jù)門禁控制器地址檢測控制器狀態(tài)，對門禁控制器設(shè)置當前時間和星期，讀取當前控制器時間，開門延時，手動開門，編輯和讀取設(shè)備名稱，清空授權(quán)文件，清空刷卡記錄等功能。
4．4 圈像監(jiān)控
    當持卡人在進行大門開啟的時候，門禁控制器會將合法的刷卡信息記錄如數(shù)據(jù)庫，并將刷卡瞬間的圖像保存為jpg圖片存入門禁控制器的存儲設(shè)備中，系統(tǒng)注冊用戶可以在客戶端通過瀏覽器，對門禁控制器所保存的圖片進行瀏覽。系統(tǒng)日志界面如圖4所示。

4．5 后臺服務(wù)
    門禁控制器啟動后，通過持續(xù)檢測讀卡器是否有信號以驗證是否需要進行大門的開啟，當檢測到讀卡器有刷卡消息時，通過讀取卡內(nèi)信息，調(diào)用相應(yīng)數(shù)據(jù)庫進行匹配，若匹配成功，則一方面攝錄此刻圖像，保存到數(shù)據(jù)庫相應(yīng)目錄，房門打開；若不成功，則發(fā)出報警信號，操作者無法打開房門。

5 結(jié)束語
    門禁監(jiān)控系統(tǒng)有效保障了企事業(yè)單位的安全。基于ARM9與linux的嵌入式門禁監(jiān)控系統(tǒng)具有穩(wěn)定、可配置的特性，支持基于Internet的數(shù)據(jù)傳輸，系統(tǒng)采用B／S架構(gòu)體系，用戶通過瀏覽器訪問系統(tǒng)的工作方式。該方案詳細敘述了實現(xiàn)此門禁監(jiān)控系統(tǒng)的軟件思想，并對實現(xiàn)過程進行了詳細的描述。目前，該方案在生產(chǎn)和科研中已經(jīng)投入使用。隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展，門禁監(jiān)控系統(tǒng)的性能會得到更進一步地提高。